分数槽集中绕组永磁力矩电机的研究与设计

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870315-S086学科分类号：080804硕士学位论文分数槽集中绕组永磁力矩电机的研究与设计研究生姓名王承宇学科、专业电力电子与电力传动研究方向电机本体设计指导教师刘闯教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringStudyandDesignofFractional-SlotCo

2、ncentrated-WindingPermanentMagnetTorqueMachineAThesisinElectricalEngineeringbyWangChengyuAdvisedbyProfessorLiuChuangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加

3、以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要分数槽集中绕组永磁电机由于转矩密度高、弱磁性能好、齿槽转矩小和效率高等优点成为国内外研究的一个热点并被广泛的用于航空航天、电动汽车、舰船推进等诸多领域。本

4、文以机载雷达伺服系统中所使用的分数槽集中绕组永磁力矩电机为研究对象，由于其应用场合的特殊性对电机设计提出以下要求：首先，由于机载设备安装空间和重量的限制，要求电机具有较高的转矩密度；另一方面，为保证雷达伺服系统在各种状况下能实现目标的精确跟踪，就要求对电机本身引起的转矩脉动加以抑制。本文针对分数槽集中绕组电机的应用场合与设计要求，主要做了以下几方面研究。与整数槽分布式绕组电机相比，分数槽集中绕组电机的最大特点之一是其绕组磁场除含有主磁场以及奇数次谐波磁场之外，还存在分数次谐波磁场，气隙磁场空间分布和变化规律

5、十分复杂。本文通过解析法推导出了绕组磁场空间分布解析表达式，并由此计算出分数槽集中绕组电机绕组磁场谐波频谱，分析了主磁场、奇数次和分数次谐波磁场对电机电磁转矩的影响。基于该方法计算了不同绕组形式下气隙磁场谐波频谱以及电感组成，得出了电机电感值与绕组形式的变化规律，对不同极槽组合下电机的弱磁调速性能进行了对比。力矩电机本身所引起的转矩脉动会使伺服系统定位精度下降，因此必须对电机转矩脉动加以抑制。通过解析建模分别对纹波转矩和齿槽转矩两类转矩脉动的产生机理进行了分析，研究结果表明通过优化电机的绕组结构、极槽数、极

6、弧系数，能够有效削弱电机的转矩脉动。由于电机输出转矩、重量、效率、温升等各诸多限制条件以及各电机参数之间复杂的耦合关系，电机的参数设计是电机设计的一个难点。本文通过磁路法特点建立了分数槽集中绕组电机的解析模型，通过该模型详细地分析了电机极对数、长径比、齿宽系数和裂比变化对转矩、重量和损耗等方面的影响，并由此总结了相关参数的设计方法和参数的选取范围。为了验证本文所提出分析结论和设计方法的正确和有效性，设计并加工了一台45槽38极分数槽集中绕组永磁力矩电机，样机额定转速为50rpm，输出转矩可达40N·m，电磁

7、部分重量约为8.1kg。基于实验室现有的测功机平台和伺服电机控制器搭建了电机测试平台并完成了样机的测试工作，测试结果表明样机各项指标均达到了设计要求。关键词：分数槽集中绕组、力矩电机、分数次谐波、转矩脉动、参数设计I分数槽集中绕组永磁力矩的研究与设计AbstractFraction-SlotConcentrated-Winding(FSCW)PermanentMagnet(PM)synchronousmachineshavebeengaininginterestoverthelastfewyears.Thi

8、sismainlyduetotheseveraladvantages,suchashighefficiency,shortendturns,lowcoggingtorqueandflux-weakeningcapability.ThemainresearchthispaperisfocusedontheFSCWPMtorquemotorusedforairborneradarservosystem.Inorder